Linux inode 详解

柔情只为你懂 2023-06-02 07:46 2阅读 0赞

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操作系统的文件数据除了实际内容之外，通常含有非常多的属性，例如`Linux`操作系统的文件权限与文件属性。文件系统通常会将这两部分内容分别存放在`inode`和`block`中。

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# inode 和 block 概述 #

文件是存储在硬盘上的，硬盘的最小存储单位叫做扇区`sector`，每个扇区存储`512字节`。操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个块`block`。这种由多个扇区组成的块，是文件存取的最小单位。块的大小，最常见的是`4KB`，即连续八个`sector`组成一个`block`。

文件数据存储在块中，那么还必须找到一个地方存储文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种存储文件元信息的区域就叫做`inode`，中文译名为`索引节点`，也叫`i节点`。因此，一个文件必须占用一个`inode`，但至少占用一个`block`。

*  元信息 → inode
 *  数据 → block

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# inode 内容 #

`inode`包含很多的文件元信息，但不包含文件名，例如：字节数、属主`UserID`、属组`GroupID`、读写执行权限、时间戳等。

而文件名存放在目录当中，但`Linux`系统内部不使用文件名，而是使用`inode号码`识别文件。对于系统来说文件名只是`inode号码`便于识别的别称。

## stat ##

*  查看`inode`信息

[root@localhost ~]# mkdir test
    [root@localhost ~]# echo "this is test file" > test.txt

[root@localhost ~]# stat test.txt
      File: ‘test.txt’
      Size: 18              Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
    Device: fd00h/64768d    Inode: 33574994    Links: 1
    Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
    Context: unconfined_u:object_r:admin_home_t:s0
    Access: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
    Modify: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
    Change: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
     Birth: -

三个主要的时间属性：

`ctime`：`change time`是最后一次改变文件或目录（属性）的时间，例如执行`chmod`，`chown`等命令。  
`atime`：`access time`是最后一次访问文件或目录的时间。  
`mtime`：`modify time`是最后一次修改文件或目录（内容）的时间。

## file ##

*  查看文件类型

[root@localhost ~]# file test
    test: directory
    [root@localhost ~]# file test.txt
    test.txt: ASCII text

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# inode 号码 #

表面上，用户通过文件名打开文件，实际上，系统内部将这个过程分为三步：

1.系统找到这个文件名对应的`inode`号码；  
2.通过`inode`号码，获取`inode`信息；  
3.根据`inode`信息，找到文件数据所在的`block`，并读出数据。

其实系统还要根据`inode`信息，看用户是否具有访问的权限，有就指向对应的数据`block`，没有就返回权限拒绝。

## ls -i ##

*  直接查看文件`i节点号`，也可以通过`stat`查看文件`inode信息`查看`i节点号`。

[root@localhost ~]# ls -i
    33574991 anaconda-ks.cfg      2086 test  33574994 test.txt

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# inode 大小 #

`inode`也会消耗硬盘空间，所以格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是`inode`区，存放`inode`所包含的信息。每个`inode`的大小，一般是`128`字节或`256`字节。通常情况下不需要关注单个`inode`的大小，而是需要重点关注`inode`总数。`inode`总数在格式化的时候就确定了。

## df -i ##

*  查看硬盘分区的`inode总数`和`已使用`情况

[root@localhost ~]# df -i
    Filesystem               Inodes IUsed   IFree IUse% Mounted on
    /dev/mapper/centos-root 8910848 26029 8884819    1% /
    devtmpfs                 230602   384  230218    1% /dev
    tmpfs                    233378     1  233377    1% /dev/shm
    tmpfs                    233378   487  232891    1% /run
    tmpfs                    233378    16  233362    1% /sys/fs/cgroup
    /dev/sda1                524288   328  523960    1% /boot
    tmpfs                    233378     1  233377    1% /run/user/0

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# 特有现象 #

由于`inode`号码与文件名分离，导致一些`Unix/Linux`系统具备以下几种特有的现象。

1.文件名包含特殊字符，可能无法正常删除。这时直接删除`inode`，能够起到删除文件的作用；

find ./* -inum 节点号 -delete

2.移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响`inode`号码；  
3.打开一个文件以后，系统就以`inode`号码来识别这个文件，不再考虑文件名。

这种情况使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过`inode`号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的`inode`，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的`inode`则被回收。

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# inode 耗尽故障 #

由于硬盘分区的`inode`总数在格式化后就已经固定，而每个文件必须有一个`inode`，因此就有可能发生`inode`节点用光，但硬盘空间还剩不少，却无法创建新文件。同时这也是一种攻击的方式，所以一些公用的文件系统就要做磁盘限额，以防止影响到系统的正常运行。

至于修复，很简单，只要找出哪些大量占用`i节点`的文件删除就可以了。

**demo**:

1.先准备一个比较小的硬盘分区`/dev/sdb1`，并格式化挂载，这里挂载到了`/data`目录下。

[root@localhost ~]# df -hT /data/
    Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
    /dev/sdb1      xfs    29M  1.8M   27M   6% /data

2.先测试可以正常创建文件。

[root@localhost ~]# touch /data/test{1..5}.txt
    [root@localhost ~]# ls /data/
    test1.txt  test2.txt  test3.txt  test4.txt  test5.txt

3.查看i节点的使用情况。

[root@localhost ~]# df -i /data/
    Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
    /dev/sdb1       16384     8 16376    1% /data

4.编写一个测试程序，创建大量空文件，用于耗尽此分区中的`i节点`数。

[root@localhost ~]# vim killinode.sh
    #!/bin/bash
    i=1
    while [ $i -le 16376 ]
    do
    touch /data/file$i
    let i++
    done

5.运行测试程序，结束后查看`i节点`占用情况，磁盘分区空间使用情况。

[root@localhost ~]# sh killinode.sh
    [root@localhost ~]# df -i /data/
    Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
    /dev/sdb1       16384 16384     0  100% /data
    [root@localhost ~]# df -hT /data/
    Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
    /dev/sdb1      xfs    29M   11M   19M  36% /data

6.虽然还有很多剩余空间，但是i节点耗尽了，也无法创建创建新文件，这就是`i节点`耗尽故障。

[root@localhost ~]# touch /data/newfile.txt
    touch: cannot touch ‘/data/newfile.txt’: No space left on device

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# 硬链接与软链接 #

## 硬链接 ##

通过文件系统的`inode`链接来产生的新的文件名，而不是产生新的文件，称为硬链接。

一般情况下，每个`inode`号码对应一个文件名，但是`Linux`允许多个文件名指向同一个`inode`号码。意味着可以使用不同的文件名访问相同的内容。

ln 源文件 目标

运行该命令以后，源文件与目标文件的`inode`号码相同，都指向同一个`inode`。`inode`信息中的链接数这时就会增加`1`。

当一个文件拥有多个硬链接时，对文件内容修改，会影响到所有文件名；但是删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。删除一个文件名，只会使得`inode`中的链接数减`1`。

需要注意的是不能对目录做硬链接。

通过`mkdir`命令创建一个新目录，其硬链接数应该有`2`个，因为常见的目录本身为`1`个硬链接，而目录下面的隐藏目录`.（点号）`是该目录的又一个硬链接，也算是`1`个连接数。

## 软链接 ##

类似于Windows的快捷方式功能的文件，可以快速连接到目标文件或目录，称为软链接。

软链接就是再创建一个独立的文件，而这个文件会让数据的读取指向它连接的那个文件的文件名。例如，文件`A`和文件`B`的`inode`号码虽然不一样，但是文件`A`的内容是文件`B`的路径。读取文件`A`时，系统会自动将访问者导向文件`B`。这时，文件`A`就称为文件`B`的软链接`soft link`或者符号链接`symbolic link`。

这意味着，文件`A`依赖于文件`B`而存在，如果删除了文件`B`，打开文件`A`就会报错。这是软链接与硬链接最大的不同：文件`A`指向文件`B`的文件名，而不是文件`B`的`inode`号码，文件`B`的`inode`链接数不会因此发生变化。

转载于:https://www.cnblogs.com/llife/p/11470668.html

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